El intercambio de material e información a nivel de células individuales requiere transporte y señalización a nivel de la membrana plasmática que encierra la célula. Estudiar mecanismos en dimensiones tan pequeñas presenta a los investigadores enormes desafíos. Recientemente, los investigadores querían determinar la función y distribución del colesterol, un componente importante de la membrana. Hasta aquí, el colesterol solo se puede marcar de forma muy limitada con tintes fluorescentes, que se puede visualizar bajo el microscopio sin dañar la membrana. Investigadores de la Universidad de Münster (Alemania) han desarrollado un método para sortear estas dificultades. Sintetizaron un nuevo compuesto con propiedades similares a las del colesterol, pero que puede marcarse con tintes y visualizarse en células vivas. Allí, el compuesto imita de manera realista el comportamiento del colesterol natural.

"Nuestro nuevo enfoque ofrece un enorme potencial para obtener imágenes de la dinámica de la membrana en células vivas, "dice el profesor Volker Gerke, uno de los líderes del estudio. El trabajo es el resultado de un estudio interdisciplinario en el que participaron químicos orgánicos, bioquímicos y biofísicos. El estudio aparece en el número actual de la revista. Biología química celular .

Las células del cuerpo están encerradas en una especie de envoltura protectora, la membrana plasmática, que separa la célula de su entorno. Las células también contienen membranas internas que separan los componentes individuales entre sí y regulan el movimiento de sustancias entre los diferentes espacios internos. Colesterol, una sustancia parecida a la grasa, es un componente importante de las membranas que garantiza que funcionen correctamente.

Para generar sustancias que se comporten de manera similar al colesterol natural, los químicos orgánicos dirigidos por el profesor Frank Glorius sintetizaron por primera vez una serie de compuestos químicos. Como sustancia de partida, usaron colesterol natural, que se transformó en cierta sal orgánica, una sal de imidazolio. "Ya sabíamos por estudios anteriores que estas sales interactúan bien con biomoléculas y, por tanto, son adecuadas para experimentos celulares, "dice Frank Glorius, quien también dirigió el estudio.

Para comparar las propiedades biofísicas de los compuestos recién sintetizados con las del colesterol natural, los investigadores incorporaron las sustancias a membranas modelo sintéticas que consisten en fosfolípidos (estos fosfolípidos constituyen el componente principal de las membranas). Bioquímicos y biofísicos del grupo del Prof.Dr. Hans-Joachim Galla midieron cómo las nuevas sustancias afectaban la temperatura de transición de fase de las membranas modelo, y cómo cambiaron la fluidez en la capa de fosfolípidos a diferentes temperaturas. "Después de evaluar los datos, finalmente nos decidimos por tres compuestos que presentaban propiedades muy similares a las del colesterol natural, "dice Lena Rakers, un doctorado estudiante de Química Orgánica y uno de los dos primeros autores del estudio.

Los investigadores seleccionaron estos compuestos para examinarlos en las membranas celulares vivas, estudiándolos así en estructuras aún más complejas. Para este propósito, utilizaron cultivos de células epiteliales humanas (células HeLa), así como células de vasos sanguíneos humanos, Células HUVEC. Debido a su estructura, las sustancias recién sintetizadas encajaban bien en las membranas celulares. Con la ayuda de espectrometría de masas de superficie, Los investigadores midieron las moléculas en la membrana y pudieron demostrar que los compuestos se comportaban de manera muy similar al colesterol natural en las células vivas. también.

Por su estructura, una de las nuevas sustancias podría etiquetarse con tintes fluorescentes. Para tal fin, los investigadores agregaron un grupo azida a la sustancia. Luego vincularon los tintes a este grupo de azidas utilizando la química del clic, un método eficaz que permite unir componentes moleculares sobre la base de algunas reacciones químicas. Finalmente, los bioquímicos visualizaron la sustancia en células vivas utilizando microscopía confocal de alta resolución. De este modo, pudieron observar su distribución y cambios dinámicos. "Estos análisis también mostraron que el nuevo compuesto se comportó de manera análoga al colesterol celular, "dice David Grill, un doctorado estudiante de Bioquímica y el otro primer autor del estudio. Una gran ventaja del nuevo método es que durante todo el proceso, los componentes y las propiedades de la membrana celular permanecieron intactos.

En el futuro, los investigadores quieren continuar desarrollando su método y probar las nuevas sustancias en más estudios celulares utilizando métodos de imágenes microscópicas. Uno de sus objetivos es utilizar la química del clic para unir tintes fluorescentes y otras moléculas a los nuevos compuestos para introducir cambios selectivos en la membrana.